基于联合平移不变空间的多频带信号压缩采样研究

发布时间：2017-04-20 03:04

  本文关键词：基于联合平移不变空间的多频带信号压缩采样研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：多频带信号是超宽带通信、感知无线电和频谱监测等领域中的一种常见信号形式,信号接收机采样获得多频带信号是这些领域的重要应用问题。传统获取多频带信号的方法需要已知信号的多个载频信息,但是实际应用中往往是分布在上GHz甚至几十GHz的频率范围内且频带的载频未知的盲多频带信号,传统方法就此失效。由于联合平移不变空间压缩采样(Compressed Sampling in Union of Shift-Invariant Spaces,CS-USI)模型可以为盲多频带信号提供实现欠Nyquist采样的多种潜在压缩采样前端,从而找到易于硬件实现的压缩采样前端。深入研究了CS-USI模型的原理,从Shannon采样的角度解释了用CS-USI模型对频谱进行“分割”的方法原理,并给出空间生成元的时域形式;根据实际需求定义了幅度谱信噪比的概念,用于衡量信号重构成功时其幅频特性的准确性。为了将多陪集压缩采样结构(Compressed Sampling of Multi-Coset,CSMC)纳入到CS-USI模型,论文从CS-USI模型的角度推导出CSMC的重构关系式,并从频域阐明了该采样结构工作过程的物理意义;扩展了CSMC采样函数的类型,并给出该类采样函数需要满足的条件。为了实验验证CSMC的可行性,在较低的频率范围内设计了一个CSMC实验验证平台,包括硬件和软件设计方案;理论分析了高频场合中系统误差对CSMC性能的具体影响,并提出估计误差的最小二乘估计方法,用估计出的误差对重构算法中的感知矩阵进行校正。针对ADC的满功率带宽是CSMC的瓶颈问题,提出了调制多陪集压缩采样结构(Compressed Sampling of Modulated Multi-Coset,CSMMC),使其可以在更宽的频率范围内工作;理论推导出该结构的重构关系式和采样函数时域形式,证明了CSMMC也是CS-USI模型的一个实例;分析出该结构中混频函数需要满足的数学条件,从而给出了采样函数的选择依据;仿真实验结果表明,CSMMC可以实现盲多频带信号的压缩采样并高概率重构信号。对CSMMC的通道数、具体混频函数、低通滤波器参数、ADC参数和通道误差进行了细致的仿真实验或理论分析。提出一种简化CSMMC通道数量的设计并仿真验证了其可行性;指出CSMMC具有“选择性感知”特性,并利用该特性提出一种并行结构的性能拓展方案,仿真实验结果表明该方案可以灵活适用于稀疏度波动较大的场合。
【关键词】：盲多频带信号 压缩采样 联合平移不变空间 多陪集压缩采样结构 调制多陪集压缩采样结构
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN911.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.2 多频带信号采样理论发展及现状分析10-14
• 1.2.1 载频已知条件下的采样方法10-11
• 1.2.2 盲多频带信号的压缩采样方法11-14
• 1.2.3 联合平移不变空间压缩采样14
• 1.3 本文研究内容及论文结构14-16
• 第2章 联合平移不变空间压缩采样原理研究16-32
• 2.1 Shannon采样定理16-17
• 2.2 联合平移不变空间17-22
• 2.2.1 信号的空间描述与信号重构17-19
• 2.2.2 信号采样与数字信号转换过程19-21
• 2.2.3 双正交性21-22
• 2.2.4 联合平移不变空间中的稀疏信号22
• 2.3 压缩感知理论及其拓展22-26
• 2.3.1 基本模型22-24
• 2.3.2 多测量向量模型及求解24
• 2.3.3 k-稀疏无限测量向量模型及求解24-26
• 2.4 联合平移不变空间压缩采样26-28
• 2.4.1 序列的压缩测量及重构26-28
• 2.4.2 应用条件28
• 2.5 多频带盲信号建模28-31
• 2.5.1 联合平移不变空间建模28-30
• 2.5.2 多频带信号的稀疏性30
• 2.5.3 信号重构成功的标准30-31
• 2.5.4 信号频谱恢复优劣的标准31
• 2.6 本章小结31-32
• 第3章 多陪集压缩采样结构研究32-53
• 3.1 多陪集压缩采样结构32-39
• 3.1.1 基本模型推导33-36
• 3.1.2 多陪集压缩采样结构的物理意义36-38
• 3.1.3 多陪集压缩采样结构的采样函数扩展38-39
• 3.2 多陪集压缩采样实验验证平台设计39-47
• 3.2.1 通道数压缩与系统参数设计39-41
• 3.2.2 系统设计方案41-45
• 3.2.3 上位机程序设计45-46
• 3.2.4 系统实验46-47
• 3.3 系统非理想因素分析与校正47-52
• 3.3.1 系统误差影响分析48-50
• 3.3.2 基于最小二乘的误差估计50-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第4章 调制多陪集压缩采样结构53-73
• 4.1 问题引出53
• 4.2 调制多陪集压缩采样结构53-59
• 4.2.1 信号重构关系推导55-56
• 4.2.2 采样函数推导56-57
• 4.2.3 调制多陪集压缩采样结构的物理意义57-58
• 4.2.4 仿真实验参数设置58-59
• 4.3 结构参数选择59-67
• 4.3.1 通道数影响59-60
• 4.3.2 周期信号的选择60-62
• 4.3.3 低通滤波器的参数选择62-65
• 4.3.4 ADC参数65-67
• 4.3.5 通道增益误差与时间延迟误差67
• 4.4 结构简化与性能扩展67-72
• 4.4.1 通道数压缩67-69
• 4.4.2 选择性感知特性与性能扩展69-72
• 4.5 本章小结72-73
• 结论73-74
• 参考文献74-80
• 攻读学位期间发表的论文、专利80-82
• 致谢82

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本文编号：317732